REMEDIATION STRATEGIES FOR DICHLORODIPHENYLTRICHLOROETHANE AND DIELDRIN CONTAMINATED SOILS AT POINT PELEE NATIONAL PARK

Abstract

Organochlorine pesticides have been recognized as contaminants of concern due to their bioaccumulation, recalcitrance to degradation, and potential toxicity to humans and wildlife. Point Pelee National Park (PPNP), in Leamington, ON, is heavily contaminated with organochlorine pesticides (dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and dieldrin) due to their substantial use during the 1950s and 1960s when the park was used as an orchard. Conventional treatments for organochlorine contaminated soils (e.g. excavation and incineration) are effective, but they can negatively affect sensitive ecosystems. Three different remediation strategies (phytoextraction, hydroxypropyl-β-cyclodextrin, and zero-valent iron) for dealing with organochlorine pesticide contamination at PPNP were investigated in this thesis. Two native grasses (Panicum virgatum and Schizachyrium scoparium), demonstrated great potential for phytoextraction, taking up significant amounts of DDT and dieldrin in-situ only five months after plot establishment. Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (HPβCD), a surfactant, forms water soluble complexes with low-polarity organic compounds, like DDT. Microbial studies using HPβCD showed a significant increase in DDT water solubility, a significant decrease in [∑DDT] in soils, and no significant increase in overall microbial activity. Greenhouse experiments, using a combined approach of phytoextraction with HPβCD showed a significant increase in [∑DDT] in S. scoparium shoots, however, they also suggested DDT mobilization, with higher [∑DDT] found in the bottom section of unplanted soil treated with HPβCD. Hence, the in-situ application of HPβCD at PPNP is not recommended as an increase in DDT mobilization at the site is likely to cause groundwater contamination. Laboratory and field studies showed that the application of DARAMEND and EHC (zero-valent iron technology) to PPNP soils contaminated with organochlorine pesticides did not improve the degradation of DDT or dieldrin. The most suitable remediation strategy for PPNP was found to be phytoextraction by native grasses, as they will not negatively impact the sensitive ecosystem at PPNP or introduce invasive species to the park.

Les pesticides organochlorés ont été reconnus comme des contaminants préoccupants en raison de leur bioaccumulation, de leur récalcitabilité à la dégradation et de leur toxicité potentielle pour les humains et la faune. Le parc national de la Pointe-Pelée (PNPP), à Leamington, en Ontario, est fortement contaminé par les pesticides organochlorés (dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT) et dieldrine) en raison de leur utilisation importante dans les années 1950 et 1960, lorsque le parc a été utilisé comme verger. Les traitements conventionnels pour les sols contaminés par des composés organochlorés (par exemple l'excavation et l'incinération) sont efficaces, mais ils peuvent affecter négativement les écosystèmes sensibles. Dans cette thèse, trois stratégies d'assainissement différentes (phytoextraction, hydroxypropyl-β-cyclodextrine, et fer zéro-valent) pour traiter la contamination par les pesticides organochlorés à PNPP ont été étudiées. Deux graminées indigènes (Panicum virgatum et Schizachyrium scoparium) ont démontré un grand potentiel de phytoextraction, prenant des quantités significatives de DDT et de dieldrine in situ seulement cinq mois après l'établissement de la parcelle. L'hydroxypropyl-β-cyclodextrine (HPβCD), un tensioactif, forme des complexes hydrosolubles avec des composés organiques à faible polarité, comme le DDT. Les études microbiennes avec la HPβCD ont montré une augmentation significative de la solubilité dans l'eau du DDT, une diminution significative de la [∑DDT] dans les sols et aucune augmentation significative de l'activité microbienne globale. Les expériences en serre, en utilisant une approche combinée de la phytoextraction avec la HPβCD, ont montré une augmentation significative de la [∑DDT] dans les pousses de S. scoparium, cependant elles ont également suggéré une mobilisation du DDT, avec une [∑DDT] plus élevé dans la partie inférieure du sol non implanté traité par HPβCD. Par conséquent, l'application in situ de HPβCD au PNPP n'est pas recommandée car une augmentation de la mobilisation du DDT sur le site est susceptible de provoquer une contamination des eaux souterraines. Des études de laboratoire et sur le terrain ont montré que l'application de DARAMEND et EHC (technologie de fer à zéro-valeur) aux sols PNPP contaminés par des pesticides organochlorés n'a pas amélioré la dégradation du DDT ou de la dieldrine. La stratégie d'assainissement la plus appropriée pour le PNPP s'est révélée être la phytoextraction par des graminées indigènes, car elles n'auront ni d'impact négatif sur l'écosystème sensible du PNPP ni n'introduiront d'espèces envahissantes dans le parc.